《（山東省專用）2022高中物理 第十二章 機械波 第5、6節(jié) 多普勒效應 惠更斯原理講義（含解析）新人教版選修3-4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（山東省專用）2022高中物理 第十二章 機械波 第5、6節(jié) 多普勒效應 惠更斯原理講義（含解析）新人教版選修3-4（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、（山東省專用）2022高中物理 第十二章 機械波 第5、6節(jié) 多普勒效應 惠更斯原理講義（含解析）新人教版選修3-4 1.多普勒效應：波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時，觀察者接收到的波的頻率都會發(fā)生變化的現(xiàn)象。 2．波源與觀察者如果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大，二者如果遠離，觀察者接收到的頻率減小。 3．利用多普勒效應可以測車輛速度、星球速度、血流速度等。 4．惠更斯原理：介質中任一波面上的各點，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后任意時刻，這些子波在波前進方向的包絡面就是新的波面。 一、多普勒效應 1．多普勒效應 (1)音調：音調由頻率決定，頻率高則音調高，頻率

2、低則音調低。 (2)多普勒效應：波源與觀察者互相靠近或者互相遠離時，接收到的波的頻率都會發(fā)生變化的現(xiàn)象。 2．多普勒效應產(chǎn)生的原因 (1)波源與觀察者相對靜止時，1 s內通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目是一定的，觀察者觀測到的頻率等于波源振動的頻率。 (2)當波源與觀察者相互靠近時，1 s內通過觀察者的波峰(或密部)的數(shù)目增加，觀察到的頻率增加；反之，當波源與觀察者互相遠離時，觀察到的頻率變小。 二、多普勒效應的應用 1．測車輛速度：交警向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波，同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度。 2．測星球速度：測量星球上某些元素發(fā)出的

3、光波的頻率。然后與地球上這些元素靜止時發(fā)光的頻率對照，可得星球的速度。 3．測血流速度：向人體內發(fā)射已知頻率的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就可得血流速度。 三、惠更斯原理 1．波面與波線 (1)波面和波線的概念： ①波面：波源發(fā)出的波，向四周傳開，波峰組成了一個個圓，波谷也組成一個個圓，振動狀態(tài)相同的點都組成了一個個圓，這些圓叫作一個個波面。 ②波線：指與波面垂直的那些線，代表了波的傳播方向。 如圖所示。 (2)波的分類： ①球面波：由空間一點發(fā)出的波，它的波面是以波源為球心的一個個球面，波線就是這些球面的半徑。 ②平面波：指波面

4、是平面的波。 2．惠更斯原理 (1)內容：介質中任一波面上的各點，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后任意時刻，這些子波在波前進方向的包絡面就是新的波面。 (2)應用： ①如果知道某時刻一列波的某個波面的位置，還知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一時刻這個波面的位置，從而確定波的傳播方向。 ②利用惠更斯原理只能解釋衍射現(xiàn)象中波的傳播方向，不能解釋波的強度。無法說明衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關系。 3．波的反射與折射 (1)反射現(xiàn)象：波遇到介質界面會返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 (2)折射現(xiàn)象：波從一種介質射入另一種介質時，波的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。 1．自主思考——判一判 (

5、1)發(fā)生多普勒效應時，波源的頻率沒有發(fā)生變化。(√) (2)當波源和觀察者向同一個方向運動時，一定發(fā)生多普勒效應。(×) (3)只有橫波才能發(fā)生多普勒效應。(×) (4)波面一定是平面。(×) (5)波的傳播方向與波面平行。(×) (6)用惠更斯原理能夠解釋波的衍射現(xiàn)象與障礙物大小的關系。(×) 2．合作探究——議一議 (1)炮彈由遠處飛來從頭頂呼嘯而過的整個過程中，我們所聽到的音調會發(fā)生怎樣的變化？為什么？ 提示：波源與觀察者距離的變化會引起接收頻率的變化，頻率的變化會引起音調的變化，由于炮彈離我們先變近后變遠，所以音調先變高后變低。 (2)人們聽不清對方說話時，除了讓

6、一只耳朵轉向對方，還習慣性地把同側的手附在耳旁，這樣做是利用聲波的什么特點提高耳朵的接收能力？ 提示：在耳廓原有形狀、面積的基礎上增加一個手的面積是為了增加波的反射來提高耳朵的接收能力。 對多普勒效應的理解 1．波源頻率 波源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，稱為一個完全波。頻率表示單位時間內完成的全振動的次數(shù)。因此波源的頻率又等于單位時間內波源發(fā)出的完全波的個數(shù)。 2．接收頻率 (1)波源和觀察者相對靜止。觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。 (2)波源和觀察者有相對運動。觀察者在單位時間內接收到的完全波的個數(shù)發(fā)生變化，即感覺到波的頻率發(fā)生變化。 波源與觀察者如

7、果相互靠近，觀察者接收到的頻率增大；二者如果相互遠離，觀察者接收到的頻率減小。 3．音調 音調由頻率決定，頻率高則音調高，頻率低則音調低。觀察者聽到的聲音的音調，是由觀察者接收到的頻率，即單位時間內接收到的完全波的個數(shù)決定的。 [典例]　[多選]如圖所示，男同學站立不動吹口哨，一位女同學坐在秋千上來回擺動，下列關于女同學的感受的說法正確的是(　　) A．女同學從A向B運動過程中，她感覺哨聲音調變高 B．女同學從E向D運動過程中，她感覺哨聲音調變高 C．女同學在C點向右運動時，她感覺哨聲音調不變 D．女同學在C點向左運動時，她感覺哨聲音調變低 [解析]　女同學蕩秋千的過程中，

8、只要她有向右的速度，她就有靠近聲源的趨勢，根據(jù)多普勒效應，她都感到哨聲音調變高；反之女同學向左運動時，她感到音調變低。選項A、D正確，B、C錯誤。 [答案]　AD 觀察者接收到的頻率的判斷 (1)聲音的音調取決于頻率，頻率高則音調高，頻率低則音調低。 (2)當波源與觀察者相互靠近時，觀察者接收到的頻率大于波源頻率，音調變高；反之，觀察者接收到的頻率小于波源頻率，音調變低?！　　　? 1．有經(jīng)驗的鐵路養(yǎng)護人員可以從火車鳴笛的聲音判斷火車的行駛方向。他所利用的是聲波的(　　) A．干涉現(xiàn)象　　　　　 　B．衍射現(xiàn)象 C．多普勒效應 D．反射現(xiàn)象 解析：選C　據(jù)多

9、普勒效應現(xiàn)象，當火車運動方向靠近養(yǎng)護人員時，他聽到的聲音音調較高，火車遠離養(yǎng)護人員時，他聽到的聲音音調較低。 2．[多選]下列哪些現(xiàn)象是多普勒效應(　　) A．遠去的汽車聲音越來越小 B．炮彈迎面飛來，聲音刺耳 C．火車向你駛來時，音調變高，遠離你而去時，音調變低 D．大風中，遠處人的說話聲時強時弱 解析：選BC　聲波音調的高低由其頻率決定，據(jù)多普勒效應，當聲源與觀察者發(fā)生相對運動時，觀察者聽到的音調會變化，B、C正確；聲音的強弱由聲波的能量決定，聲源越近，聲波能量越大，聽起來越響亮，但音調不一定變化，A、D項不是由多普勒效應造成的，故選擇B、C。 3．[多選]一漁船向魚群發(fā)出超

10、聲波，若魚群正向漁船靠近，則被魚群反射回來的超聲波與發(fā)出的超聲波相比(　　) A．波速變大　　　　　 　B．波速不變 C．頻率變高 D．頻率不變 解析：選BC　漁船與魚群發(fā)生相對運動，被魚群反射回來的超聲波的速度大小不變；由多普勒效應知，反射回來的超聲波的頻率變高，故選項B、C正確。 波的反射和折射 1．波的反射的應用 (1)回聲測距： ①當聲源不動時，聲波遇到了靜止障礙物會被反射回來繼續(xù)傳播，由于反射波與入射波在同一介質中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下，用的時間相等。設經(jīng)過時間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲。 ②當聲源以速

11、度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)。 ③當聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲－v)。 (2)超聲波定位：蝙蝠、海豚能發(fā)出超聲波。超聲波遇到障礙物或捕食目標時會被反射回來。蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置，從而確定飛行或游動方向。 2．波的反射與折射的對比 (1)對應物理量的變化 　　波現(xiàn)象 比較項 　　 波的反射 波的折射 傳播方向 改變　i＝i′ 改變　r≠i 頻率f 不變 不變 波速v

12、不變 改變 波長λ 不變 改變 (2)頻率、波速和波長的決定因素 ①頻率f由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都與入射波的頻率，即波源的振動頻率相同。 ②波速v由介質決定，因反射波與入射波在同一介質中傳播，故波速不變，而折射波與入射波在不同介質中傳播，所以波速變化。 ③據(jù)v＝λf知，波長λ與v及f有關，即與介質和波源有關，反射波與入射波在同一介質中波速相同，頻率相同，故波長相同。折射波與入射波在不同介質中傳播，v不同，f相同，故λ不同。 1．[多選]以下關于波的認識，哪些是正確的(　　) A．潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理 B．隱形

13、飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的 C．雷達的工作原理是利用波的折射 D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象 解析：選ABD　A、B、C選項中應用了波的反射現(xiàn)象；A、B正確、C錯誤；D選項應用了波的折射現(xiàn)象，深水區(qū)域和淺水區(qū)域視為不同介質，故波的傳播方向發(fā)生改變，故D正確。 2．[多選]下列說法正確的是(　　) A．波發(fā)生反射時，波的頻率不變，波速變小，波長變短 B．波發(fā)生反射時，頻率、波長、波速均不變 C．波發(fā)生折射時，波的頻率不變，但波長、波速發(fā)生變化 D．波發(fā)生折射時，波的頻率、波長、波速均發(fā)生變化 解析：選

14、BC　波發(fā)生反射時是在同一介質中，頻率、波長、波速均不變，選項A錯誤，B正確；波發(fā)生折射時，介質改變，故波速發(fā)生變化，但頻率由波源決定，波的頻率不變，由v＝λf可知波長也發(fā)生變化，選項C正確，D錯誤。 3.如圖所示，1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(　　) A．2與1的波長、頻率相等，波速不等 B．2與1的波速、頻率相等，波長不等 C．3與1的波速、頻率、波長均相等 D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等 解析：選D　波1、2都在介質a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等，A、B錯。波1、3是在兩種不同介質中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由λ＝得波

15、長不同，故C錯，D對。 1．下列說法中正確的是(　　) A．水波是球面波 B．聲波是球面波 C．只有橫波才能形成球面波 D．只有縱波才能形成球面波 解析：選B　若波面是球面，則為球面波，與橫波、縱波無關，由此可知B正確，C、D錯誤。由于水波不能在空間中傳播，所以它是平面波，A不正確。 2．[多選]下列對惠更斯原理的理解，正確的是(　　) A．同一波面上的各質點振動情況完全相同 B．同一振源的不同波面上的質點的振動情況可能相同 C．球面波是以波源為中心的一個個球面 D．無論怎樣的波，波線始終和波面平行 解析：選ABC　根據(jù)惠更斯原理，介質中任一波面上的各點，都可以

16、看做發(fā)射子波的波源，其后任意時刻，這些子波在波前進方向的包絡面就是新的波面，同一波面上各質點的振動情況完全相同，選項A正確；不同波面上質點的振動情況可能相同，選項B正確；球面波是以波源為中心的一個個球面，選項C正確；波線始終與波面垂直，選項D錯誤。 3．[多選]當人聽到聲音的頻率越來越低時，可能的原因是(　　) A．聲源和人都是靜止的，聲源振動的頻率越來越低 B．人靜止，聲源遠離人做勻速直線運動，聲源振動的頻率不變 C．人靜止，聲源遠離人做勻加速直線運動，聲源振動的頻率不變 D．人靜止，聲源遠離人做勻減速直線運動，聲源振動的頻率不變 解析：選AC　人聽到的聲音的頻率越來越低，聲源遠

17、離觀察者，且遠離的速度越來越大，也就是加速遠離。所以A、C正確。 4．醫(yī)院通過彩超對人體進行體檢時，彩超機向人體內發(fā)射頻率已精確掌握的超聲波，超聲波經(jīng)血液反射后被專用儀器接收，然后通過反射波的頻率變化就可知血液的流速。這一技術主要體現(xiàn)了哪一種物理現(xiàn)象(　　) A．共振　　　　　　　　　 B．波的衍射 C．多普勒效應 D．波的干涉 解析：選C　根據(jù)多普勒效應原理可知彩超機工作時主要體現(xiàn)了多普勒效應。 5．同一音叉發(fā)出的聲波在水和空氣中傳播，某時刻的波形曲線如圖所示，以下說法正確的是(　　) A．聲波在水中波長較大，b是水中聲波的波形曲線 B．聲波在空氣中波長較大，b

18、是空氣中聲波的波形曲線 C．水中質點振動頻率較高，a是水中聲波的波形曲線 D．空氣中質點振動頻率較高，a是空氣中聲波的波形曲線 解析：選A　波的頻率取決于波源的振動頻率，與介質無關，故同一音叉發(fā)出的聲波在水中與在空氣中傳播時頻率相同。但機械波在介質中傳播的速度只取決于介質性質，與波的頻率無關，聲波在水中傳播的速度大于在空氣中傳播的速度。由v＝fλ知，聲波在水中的波長應較大，對應于題圖中波形曲線b，故只有A正確。 6．新型列車動車組速度可達300 km/h，與該車汽笛聲的音調相比， (1)站在車前方路旁的人聽起來音調_______(選填“偏高”或“偏低”)，站在車后方路旁的人聽起來

19、音調_______(選填“偏高”或“偏低”)。 (2)迎面來的另一列車上的乘客聽起來音調怎樣？此時列車汽笛發(fā)出的聲波頻率變化了嗎？ (3)坐在新型列車動車組上的乘客聽起來音調怎樣？ 解析：(1)站在列車前方的人與列車的距離在靠近，因此聽起來音調偏高，站在列車后方的人與列車的距離在遠離，因此音調偏低。 (2)迎面來的列車上的乘客聽起來音調偏高，此時列車汽笛發(fā)出的聲波頻率不變。 (3)坐在該列車上的乘客與列車的相對位置不變，故聽起來音調不變。 答案：(1)偏高　偏低　(2)偏高　不變　(3)不變 7.我國第24 次南極科考隊經(jīng)過長達13天，4 000多海里航行，已安全到達中國南極長城

20、站，在考察途中“雪龍?zhí)枴?如圖所示)經(jīng)歷了各種考驗，并進行了海冰觀測、地磁觀測、氣象觀測、極光及高空物理觀測，在海面上航行時，它還不時地探測海洋的濃度，在它上面配有一種十分先進的聲吶探測系統(tǒng)，其原理是：向海底發(fā)射超聲波，超聲波就會從海底反射回來，通過這種方式測海底深度，已知超聲波在海水中認為是勻速直線運動，且知其速度為1 400 m/s，船靜止時測量，從發(fā)射超聲波到接收反射所用的時間為7 s，試計算“雪龍?zhí)枴彼谖恢玫暮Ｋ疃龋? 解析：超聲波的運行可認為勻速直線運動，則傳播距離為x＝vt＝1 400×7 m＝9 800 m，又因為海水深度為聲波距離的一半，所以h＝＝ m＝4 900 m。 答案：4 900 m